本發(fā)明涉及電機控制領(lǐng)域，特別是涉及一種電機調(diào)速的控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電機，俗稱“馬達”，是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可劃分為：籠型感應(yīng)電動機和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機。無刷雙饋感應(yīng)電機繼承了籠型、繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機的優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)自起動、異步、同步和雙饋等多種運行方式，具有良好的起動特性和運行性能。較之于普通雙饋感應(yīng)電機，該電機無電刷和滑環(huán)結(jié)構(gòu)，大大降低了系統(tǒng)成本，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。然而，由于無刷雙饋感應(yīng)電機具有兩個定子繞組和一個轉(zhuǎn)子繞組，兩個定子繞組的旋轉(zhuǎn)磁勢對轉(zhuǎn)子繞組均有耦合，但只有一個定子繞組可以控制，使得系統(tǒng)解耦難度和控制難度增加。

在現(xiàn)有的電機調(diào)速控制方法及系統(tǒng)中，標量控制方法是根據(jù)電機穩(wěn)態(tài)關(guān)系，通過控制側(cè)磁鏈幅值和相位角達到控制電機的目的，雖然該方案較易于實現(xiàn)，但是存在穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能差的缺點，難以適用于轉(zhuǎn)速突變和系統(tǒng)動態(tài)性能要求較高的場合；直接轉(zhuǎn)矩控制方法，由于磁鏈的觀測依賴于電機參數(shù)，開關(guān)表的建立規(guī)則受限于磁鏈和電磁轉(zhuǎn)矩的大小，且存在零點漂移等問題，該控制方法使得開關(guān)頻率不穩(wěn)定，會導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩脈動，且低速性能較差。

相比之下，通過選擇合適的磁場定向控制方法，矢量控制方法能夠克服上述缺點。目前，基于轉(zhuǎn)子磁場定向和綜合磁鏈定向的矢量控制方法存在dq軸電流耦合現(xiàn)象，無法實現(xiàn)系統(tǒng)有功和無功的完全解耦；基于功率側(cè)磁場的矢量控制方法，以速度環(huán)為外環(huán)、以功率側(cè)定子電流和控制側(cè)定子電流為內(nèi)環(huán)的三環(huán)控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)解耦控制，但是控制器個數(shù)增加，前饋項計算復(fù)雜，對電機參數(shù)的依賴性很高；而在無交叉耦合補償器的控制方法中，由于沒有電流的閉環(huán)控制及其幅值限制，系統(tǒng)的控制性能難以保證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電機調(diào)速的控制方法及系統(tǒng)，通過基于功率側(cè)定子磁鏈定向控制方法，以解決傳統(tǒng)的電機調(diào)速控制方法中由于轉(zhuǎn)子電阻的影響，使得控制過程對電機參數(shù)依賴性強且無法實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩和無功功率的解耦控制的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種電機調(diào)速的控制方法，所述方法包括：

獲取靜止坐標系下的所述電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc和三相電流i_pa、i_pb、i_pc和所述電機控制側(cè)定子繞組的三相電流i_ca、i_cb、i_cc；獲取所述電機的轉(zhuǎn)子速度n_r和轉(zhuǎn)子位置角θ_r；

將所述靜止坐標系下的所述電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc進行克拉克變換得到兩相靜止坐標系下的兩相電壓u_pα和u_pβ；將所述靜止坐標系下的所述電機功率側(cè)定子繞組的三相電流i_pa、i_pb、i_pc進行克拉克變換，得到兩相靜止坐標系下的兩相電流i_pα和i_pβ；

根據(jù)所述兩相電壓u_pα、u_pβ和所述兩相電流i_pα、i_pβ，獲取所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值相角θ_p和頻率ω_p；

根據(jù)所述電機的轉(zhuǎn)子位置角θ_r與所述相角θ_p，獲取所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c；

以所述電機功率側(cè)定子相角θ_p為定向角，建立兩相坐標系；將所述電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc進行克拉克和帕克坐標變換得到所述電機功率側(cè)定子電壓的d軸分量u_pd和q軸分量u_pq；

以所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c為變換角，將所述電機控制側(cè)定子繞組的三相電流i_ca、i_cb、i_cc進行克拉克和帕克坐標變換得到所述電機控制側(cè)定子電流的d軸分量i_cd和q軸分量i_cq；

獲取轉(zhuǎn)速給定值n_r^*、所述電機功率側(cè)無功功率給定值；獲取所述電機功率側(cè)無功功率實際測得值；

根據(jù)所述轉(zhuǎn)速給定值n_r^*、所述電機的轉(zhuǎn)子速度n_r和由所述電機電磁轉(zhuǎn)矩與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*，其中T_e^*為電磁轉(zhuǎn)矩，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，P_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的極對數(shù)，P_c為所述電機控制側(cè)定子繞組的極對數(shù)，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值；

根據(jù)由所述電機無功功率與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式得到的i_cd值、所述電機功率側(cè)無功功率給定值與所述電機功率側(cè)無功功率實際測得值，生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*，其中Q_p^*為無功功率給定值，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，u_pq為所述電機功率側(cè)定子電壓的q軸分量，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感；

根據(jù)所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*和所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*分別獲取所述兩相坐標系下所述電機控制側(cè)繞組定子電壓的d軸電壓分量u_cd^*和q軸電壓分量u_cq^*；

將所述u_cd^*和u_cq^*以所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c為變換角進行帕克反變換和克拉克反變換，得到靜止坐標系下所述電機控制側(cè)變換器的三相調(diào)制電壓信號，利用載波調(diào)制或空間矢量調(diào)制策略產(chǎn)生調(diào)制信號，通過驅(qū)動電路作用于所述電機控制側(cè)變換器，將所述電機控制側(cè)變換器的輸出電壓施加到所述電機控制側(cè)定子繞組上。

可選的，所述根據(jù)所述兩相電壓u_pα、u_pβ和所述兩相電流i_pα、i_pβ，獲取所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值相角θ_p和頻率ω_p具體包括：

利用公式計算所述電機功率側(cè)定子磁鏈在兩相靜止坐標系下的分量和其中R_p為功率側(cè)定子電阻阻值；

將和進行克拉克反變換，得到所述電機功率側(cè)三相定子磁鏈和

利用磁鏈角θ_p0將所述電機功率側(cè)三相定子磁鏈和進行克拉克和帕克變換得到和其中θ_p0為對所述電機進行測量時前一時刻的所述電機功率側(cè)定子磁鏈角值，初始值為0；

將零與的偏差送入PI調(diào)節(jié)器，獲取所述電機功率側(cè)定子磁鏈的頻率ω_p；

將ω_p積分得到所述電機功率側(cè)定子相角θ_p；

將的值確定為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值

可選的，所述根據(jù)所述電機的轉(zhuǎn)子位置角θ_r與所述相角θ_p，獲取所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c具體包括：

利用公式θ_c＝θ_p-(P_p+P_c)θ_r計算所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c，其中θ_p為所述電機功率側(cè)定子繞組相角，θ_r為所述電機轉(zhuǎn)子位置角，P_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的極對數(shù)，P_c為所述電機控制側(cè)定子繞組的極對數(shù)。

可選的，所述生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*具體包括：

根據(jù)所述轉(zhuǎn)速給定值n_r^*和所述電機的轉(zhuǎn)子速度n_r獲取所述電磁轉(zhuǎn)矩的信號T_e^*；

根據(jù)所述電機電磁轉(zhuǎn)矩與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式獲得用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*。

可選的，所述生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*具體包括：

根據(jù)所述電機無功功率與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式獲得i_cd，將i_cd確定為用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸第一分量值i_cd1^*；

根據(jù)所述電機功率側(cè)無功功率給定值與實際測得值的差值，獲得所述電機控制側(cè)定子電流的d軸第二分量值i_cd2^*；

利用公式i_cd*＝i_cd1*+i_cd2*生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*。

可選的，所述獲取所述電機功率側(cè)無功功率實際測得值具體包括：

利用公式計算所述電機功率側(cè)無功功率實際測得值Q_p，其中u_pα、u_pβ為兩相靜止坐標系下電壓，電流i_pα、i_pβ為兩相靜止坐標系下電流。

可選的，所述獲得所述電機控制側(cè)定子電流的d軸第二分量值i_cd2^*具體包括：

根據(jù)所述電機功率側(cè)無功功率給定值與實際測得值的差值，利用公式獲得所述電機控制側(cè)定子電流的d軸第二分量值i_cd2^*，其中K_Qp為無功功率PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，K_QI為無功功率PI調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)，Q_p為所述電機功率側(cè)無功功率實際測得值，Q_p*為所述電機功率側(cè)無功功率給定值。

一種電機調(diào)速的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

電壓采集模塊，用于獲取靜止坐標系下的所述電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc；

電流采集模塊，用于獲取靜止坐標系下的所述電機功率側(cè)定子繞組的三相電流i_pa、i_pb、i_pc和所述電機控制側(cè)定子繞組的三相電流i_ca、i_cb、i_c；

轉(zhuǎn)子監(jiān)測模塊，用于獲取所述電機的轉(zhuǎn)子速度n_r和轉(zhuǎn)子位置角θ_r；

克拉克變換模塊，用于將所述電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓變換得到兩相靜止坐標系下的兩相電壓u_pα和u_pβ，將所述靜止坐標系下的所述電機功率側(cè)定子繞組的三相電流變換得到兩相靜止坐標系下的兩相電流i_pα和i_pβ；

磁鏈觀測模塊，用于根據(jù)所述兩相電壓u_pα、u_pβ和所述兩相電流i_pα、i_pβ，獲取所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值相角θ_p和頻率ω_p；還用于根據(jù)所述電機的轉(zhuǎn)子位置角θ_r與所述相角θ_p，獲取所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c；

克拉克變換與帕克變換模塊，用于根據(jù)所述電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc進行克拉克和帕克坐標變換得到所述電機功率側(cè)定子電壓的d軸分量u_pd和q軸分量u_pq；根據(jù)所述電機控制側(cè)定子繞組的三相電流i_ca、i_cb、i_cc進行克拉克和帕克坐標變換得到所述電機控制側(cè)定子電流的d軸分量i_cd和q軸分量i_cq；

給定值獲取模塊，用于獲取轉(zhuǎn)速給定值n_r^*、所述電機功率側(cè)無功功率給定值；

無功功率獲取模塊，用于獲取所述電機功率側(cè)無功功率實際測得值；

q軸指令信號生成模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速給定值n_r^*、所述電機的轉(zhuǎn)子速度n_r和由所述電機電磁轉(zhuǎn)矩與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*，其中T_e^*為電磁轉(zhuǎn)矩，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，P_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的極對數(shù)，P_c為所述電機控制側(cè)定子繞組的極對數(shù)，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值；

d軸指令信號生成模塊，用于根據(jù)由所述電機無功功率與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式得到的i_cd值、所述電機功率側(cè)無功功率給定值與所述電機功率側(cè)無功功率實際測得值，生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*，其中Q_p^*為無功功率給定值，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，u_pq為所述電機功率側(cè)定子電壓的q軸分量，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感；

電壓分量獲取模塊，用于根據(jù)所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*和所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*分別獲取所述兩相坐標系下所述電機控制側(cè)繞組定子電壓的d軸電壓分量u_pd^*和q軸電壓分量u_pq^*；

帕克反變換和克拉克反變換模塊，用于將所述u_cd^*和u_cq^*以所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c為變換角進行帕克反變換和克拉克反變換，得到靜止坐標系下所述電機控制側(cè)變換器的三相調(diào)制電壓信號。

可選的，所述q軸指令信號生成模塊具體包括：

電磁轉(zhuǎn)矩信號生成單元，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)速給定值n_r^*和所述電機的轉(zhuǎn)子速度n_r獲取所述電磁轉(zhuǎn)矩的信號T_e^*；

q軸指令信號生成單元，用于根據(jù)所述電機電磁轉(zhuǎn)矩與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式獲得用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*。

可選的，所述d軸指令信號生成模塊具體包括：

d軸第一分量值生成單元，用于根據(jù)所述電機無功功率與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式獲得i_cd，將i_cd確定為用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸第一分量值i_cd1^*；

d軸第二分量值生成單元，用于根據(jù)所述電機功率側(cè)無功功率給定值與實際測得值的差值，獲得所述電機控制側(cè)定子電流的d軸第二分量值i_cd2^*；

d軸指令信號生成單元，用于利用公式i_cd*＝i_cd1*+i_cd2*生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明的有益效果為：

針對現(xiàn)有無刷雙饋感應(yīng)電機的控制方案解耦復(fù)雜、動態(tài)性能差等缺點，本發(fā)明采用功率側(cè)定子磁鏈定向控制算法，利用轉(zhuǎn)速和無功功率外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)級聯(lián)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了利用低壓變頻器控制高壓電機的目的，本發(fā)明技術(shù)方案與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，對參數(shù)依賴性小，實現(xiàn)了電磁轉(zhuǎn)矩與無功功率的解耦控制，不僅可以保證無刷雙饋感應(yīng)電機調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)性能，在負載、速度突變的情況下也能保證良好的動態(tài)響應(yīng)性能，且該技術(shù)方案實現(xiàn)簡單，計算量少，對參數(shù)的依賴性小，有助于推動無刷雙饋感應(yīng)電機的工業(yè)應(yīng)用進程。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明電機調(diào)速的控制方法實施例1的流程圖；

圖2為本發(fā)明電機調(diào)速的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明電機調(diào)速的系統(tǒng)示意圖；

圖4為本發(fā)明電機調(diào)速控制方法實施例2的流程圖；

圖5為本發(fā)明電機的功率側(cè)定子磁鏈觀測器結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明電機調(diào)速控制方法驗證實驗1的波形圖；

圖7為本發(fā)明電機調(diào)速控制方法驗證實驗2的波形圖；

圖8為本發(fā)明電機調(diào)速控制方法驗證實驗3的波形圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種電機調(diào)速的控制方法及系統(tǒng)，通過基于功率側(cè)定子磁鏈定向控制方法，以解決傳統(tǒng)的電機調(diào)速控制方法中由于轉(zhuǎn)子電阻的影響，使得控制過程對電機參數(shù)依賴性強且無法實現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩和無功功率的解耦控制的問題。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明電機調(diào)速的控制方法實施例1的流程圖。如圖1所示，所述方法包括：

步驟101：獲取靜止坐標系下的電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc和三相電流i_pa、i_pb、i_pc和所述電機控制側(cè)定子繞組的三相電流i_ca、i_cb、i_cc及電機的轉(zhuǎn)子速度n_r和轉(zhuǎn)子位置角θ_r；

步驟102：建立兩相坐標系。將靜止坐標系下的電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc進行Clarke(克拉克)變換得到兩相靜止坐標系下的兩相電壓u_pα和u_pβ；將靜止坐標系下的電機功率側(cè)定子繞組的三相電流i_pa、i_pb、i_pc進行Clarke(克拉克)變換，得到兩相靜止坐標系下的兩相電流i_pα和i_pβ；

根據(jù)功率側(cè)定子電壓方程，利用公式計算所述電機功率側(cè)定子磁鏈在兩相靜止坐標系下的分量和其中R_p為電阻阻值；

將和進行Clarke(克拉克)反變換，得到所述電機功率側(cè)三相定子磁鏈和借助鎖相環(huán)思想，利用磁鏈角θ_p0將所述電機功率側(cè)三相定子磁鏈和進行Clarke和Park變換得到和其中θ_p0為對所述電機進行測量時前一時刻的所述電機功率側(cè)定子磁鏈角值，初始值為0；

將零與的偏差送入PI調(diào)節(jié)器，獲取所述電機功率側(cè)定子磁鏈的頻率ω_p；

將ω_p積分得到所述電機功率側(cè)定子相角θ_p；

將的值確定為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值

根據(jù)所述電機的轉(zhuǎn)子位置角θ_r與所述相角θ_p，利用公式θ_c＝θ_p-(P_p+P_c)θ_r計算所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c，其中θ_p為所述電機功率側(cè)定子繞組相角，θ_r為所述電機轉(zhuǎn)子位置角，P_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的極對數(shù)，P_c為所述電機控制側(cè)定子繞組的極對數(shù)；

以所述電機功率側(cè)定子相角θ_p為定向角，建立兩相旋轉(zhuǎn)坐標系。

步驟103：將電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓和控制側(cè)定子繞組的三相電流i_ca、i_cb、i_cc進行Clarke和Park坐標變換。

將電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc進行Clarke和Park坐標變換得到電機功率側(cè)定子電壓的d軸分量u_pd和q軸分量u_pq；以所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c為變換角，將電機控制側(cè)定子繞組的三相電流i_ca、i_cb、i_cc進行Clarke和Park坐標變換得到電機控制側(cè)定子電流的d軸分量i_cd和q軸分量i_cq。

Clarke變換是將電量從三相靜止坐標變換到兩相靜止坐標系的變換矩陣，

公式為：

Park變換為將電量從兩相靜止坐標系變換到兩相旋轉(zhuǎn)坐標系的變換矩陣

θ為變換角。

因此，以功率側(cè)定子電壓為例，首先Clark變換再進行park變換得到電機功率側(cè)定子電壓的d軸分量u_pd和q軸分量u_pq。

步驟104：獲得電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號和d軸信號。

將轉(zhuǎn)速給定值n_r^*和所述電機的轉(zhuǎn)子速度n_r的偏差作為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸入，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出信號確定為電磁轉(zhuǎn)矩的信號T_e^*；根據(jù)電機電磁轉(zhuǎn)矩與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*，其中T_e^*為電磁轉(zhuǎn)矩，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，P_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的極對數(shù)，P_c為所述電機控制側(cè)定子繞組的極對數(shù)，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值；

根據(jù)所述電機無功功率與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式獲得i_cd，將i_cd確定為用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸第一分量值i_cd1^*，其中Q_p^*為無功功率給定值，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，u_pq為所述電機功率側(cè)定子電壓的q軸分量，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感

根據(jù)所述電機功率側(cè)無功功率給定值與實際測得值的差值，利用公式獲得所述電機控制側(cè)定子電流的d軸第二分量值i_cd2^*，其中K_Qp為無功功率PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，K_QI為無功功率PI調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)，Q_p為所述電機功率側(cè)無功功率實際測得值，Q_p*為所述電機功率側(cè)無功功率給定值，其中利用公式計算所述電機功率側(cè)無功功率實際測得值Q_p，其中u_pα、u_pβ為兩相靜止坐標系下電壓，電流i_pα、i_pβ為兩相靜止坐標系下電流；

利用公式i_cd*＝i_cd1*+i_cd2*生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*。

步驟105：獲取電機控制側(cè)繞組定子電壓的d軸電壓分量和q軸電壓分量。根據(jù)所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*和所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*分別獲取所述兩相坐標系下所述電機控制側(cè)繞組定子電壓的d軸電壓分量u_cd^*和q軸電壓分量u_cq^*

步驟106：將控制側(cè)繞組定子電壓的d軸電壓分量和q軸電壓分量進行Park反變換和Clarke反變換。以所述電機功率側(cè)定子磁鏈角θ_c為變換角，將所述u_cd^*和u_cq^*進行Park反變換和Clarke反變換。

步驟107：獲取靜止坐標系下所述電機控制側(cè)變換器的三相調(diào)制電壓信號，利用載波調(diào)制或空間矢量調(diào)制策略產(chǎn)生調(diào)制信號，通過驅(qū)動電路作用于所述電機控制側(cè)變換器，將所述電機控制側(cè)變換器的輸出電壓施加到所述電機控制側(cè)定子繞組上，實現(xiàn)對電機電磁轉(zhuǎn)矩和功率側(cè)無功功率的控制。

圖2為本發(fā)明電機調(diào)速的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，所述系統(tǒng)包括：電壓采集模塊201、電流采集模塊202、轉(zhuǎn)子監(jiān)測模塊203，Clarke變換模塊204、磁鏈觀測模塊205、Clarke變換與park變換模塊206、給定值獲取模塊207、無功功率獲取模塊208、q軸指令信號生成模塊209、d軸指令信號生成模塊2010、電壓分量獲取模塊2011和Park反變換和Clarke反變換模塊2012。

電壓采集模塊201采集靜止坐標系下的電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc；

電流采集模塊202采集靜止坐標系下的電機功率側(cè)定子繞組的三相電流i_pa、i_pb、i_pc和電機控制側(cè)定子繞組的三相電流i_ca、i_cb、i_c；

轉(zhuǎn)子監(jiān)測模塊203采集電機的轉(zhuǎn)子速度n_r和轉(zhuǎn)子位置角θ_r；

Clarke變換模塊204將電壓采集模塊201采集的電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓變換得到兩相靜止坐標系下的兩相電壓u_pα和u_pβ，將電流采集模塊202采集的電機功率側(cè)定子繞組的三相電流變換得到兩相靜止坐標系下的兩相電流i_pα和i_pβ；

磁鏈觀測模塊205根據(jù)Clarke變換模塊204變換得到的兩相電壓u_pα、u_pβ和兩相電流i_pα、i_pβ與轉(zhuǎn)子監(jiān)測模塊203采集的電機轉(zhuǎn)子速度n_r和轉(zhuǎn)子位置角θ_r構(gòu)造功率側(cè)定子磁鏈觀測器，獲取電機功率側(cè)定子磁鏈幅值相角θ_p和頻率ω_p；并且根據(jù)所述電機的轉(zhuǎn)子位置角θ_r與所述相角θ_p，利用公式θ_c＝θ_p-(P_p+P_c)θ_r計算所述電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c，其中θ_p為所述電機功率側(cè)定子繞組相角，θ_r為所述電機轉(zhuǎn)子位置角，P_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的極對數(shù)，P_c為所述電機控制側(cè)定子繞組的極對數(shù)；

以功率側(cè)定子磁鏈角θ_p為定向角，建立兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系；以控制側(cè)定子磁鏈角θ_c為變換角，利用Clarke變換與park變換模塊206將電機功率側(cè)定子繞組的三相電壓u_pa、u_pb、u_pc進行Clarke和Park坐標變換，得到電機功率側(cè)定子電壓的d軸分量u_pd和q軸分量u_pq；以控制側(cè)定子磁鏈角θ_c為變換角，根據(jù)電機控制側(cè)定子繞組的三相電流i_ca、i_cb、i_cc進行Clarke和Park坐標變換得到所述電機控制側(cè)定子電流的d軸分量i_cd和q軸分量i_cq；

給定值獲取模塊207采集轉(zhuǎn)速給定值n_r^*(設(shè)定值)、電機功率側(cè)無功功率給定值(設(shè)定值)；

無功功率獲取模塊208采集電機功率側(cè)無功功率實際測得值；

q軸指令信號生成模塊209根據(jù)給定值模塊采集的電機轉(zhuǎn)速給定值n_r^*與轉(zhuǎn)子檢測模塊采集的轉(zhuǎn)子速度n_r和電機電磁轉(zhuǎn)矩與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*，其中T_e^*為電磁轉(zhuǎn)矩，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，P_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的極對數(shù)，P_c為所述電機控制側(cè)定子繞組的極對數(shù)，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值；

d軸指令信號生成模塊2010根據(jù)由所述電機無功功率與所述電機控制側(cè)定子電流的穩(wěn)態(tài)關(guān)系表達式得到的i_cd值、給定值獲取模塊207采集的電機功率側(cè)無功功率給定值和無功功率獲取模塊208采集的電機功率側(cè)無功功率實際測得值，生成用于控制所述電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*，其中Q_p^*為無功功率給定值，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，u_pq為所述電機功率側(cè)定子電壓的q軸分量，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感；

電壓分量獲取模塊2011根據(jù)q軸指令信號生成模塊209生成的控制側(cè)定子電流的q軸指令信號i_cq^*與實測電流做差比較，并送入到q軸電流調(diào)節(jié)器，獲取兩相坐標系下所述電機控制側(cè)繞組定子電壓的q軸電壓分量u_cq^*；根據(jù)d軸指令信號生成模塊2010生成的電機控制側(cè)定子電流的d軸指令信號i_cd^*與實測電流做差比較，并送入到d軸電流調(diào)節(jié)器，獲取兩相坐標系下所述電機控制側(cè)繞組定子電壓的d軸電壓分量u_cd^*；

Park反變換和Clarke反變換模塊2012將電壓分量獲取模塊2011獲取的電機控制側(cè)繞組定子電壓的d軸電壓分量u_cd^*和q軸電壓分量u_cq^*以電機控制側(cè)定子磁鏈角θ_c為變換角進行Park反變換和Clarke反變換，得到靜止坐標系下所述電機控制側(cè)變換器的三相調(diào)制電壓信號利用載波調(diào)制或空間矢量調(diào)制策略產(chǎn)生調(diào)制信號，通過驅(qū)動電路作用于控制側(cè)變換器，從而將變換器的輸出電壓施加到電機控制側(cè)定子繞組上，實現(xiàn)對電機電磁轉(zhuǎn)矩和功率側(cè)無功功率的控制。

圖3為本發(fā)明電機調(diào)速系統(tǒng)示意圖。如圖3所示，所述系統(tǒng)主要包括上位機系統(tǒng)，DSP控制系統(tǒng)，功率開關(guān)驅(qū)動電路、功率變換器、無刷雙饋感應(yīng)電機和鼠籠式感應(yīng)電機調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換電路ADC、接口電路和信號調(diào)理電路PWM為典型電路，圖中未作標示。無刷雙饋感應(yīng)電機的功率側(cè)定子繞組“PW”與電網(wǎng)直接相連，而控制側(cè)定子繞組“CW”與功率變換器的輸出端相連，功率變換器的輸入端經(jīng)輸入濾波器連接到電網(wǎng)上。鼠籠式感應(yīng)電機與無刷雙饋感應(yīng)電機同軸連接，用于提供負載轉(zhuǎn)矩，并由DSP控制器系統(tǒng)提供感應(yīng)電機調(diào)速系統(tǒng)的期望轉(zhuǎn)矩指令。利用電流、電壓傳感器測量控制側(cè)定子繞組和功率側(cè)定子繞組的電壓和電流信號，以及電機機械轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子位置角，并通過信號調(diào)理電路送到DSP控制器系統(tǒng)。在DSP控制器系統(tǒng)中，進行相關(guān)的控制算法和調(diào)制算法，獲得的PWM調(diào)制信號通過驅(qū)動電路作用于功率變換器，以產(chǎn)生期望的控制側(cè)定子電壓，實現(xiàn)對整個驅(qū)動系統(tǒng)的控制。

圖4為電機調(diào)速控制方法實施例2的流程圖，硬件系統(tǒng)主要包括磁鏈觀測器、無功功率觀測器、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、無功功率調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器以及PWM調(diào)制器等幾個部分。實施例2實施的具體步驟如下：

通過電壓、電流傳感器檢測靜止坐標系下的功率側(cè)定子繞組三相電壓u_pa、u_pb、u_pc和三相電流i_pa、i_pb、i_pc，并將其進行Clarke變換得到兩相靜止坐標系下的變換得到兩相靜止坐標系下的兩相電壓u_pα和u_pβ、兩相電流i_pα和i_pβ。利用電流傳感器檢測靜止坐標系下的控制側(cè)繞組三相電流i_ca、i_cb、i_cc。

據(jù)功率側(cè)定子電壓方程，利用u_pα和u_pβ、i_pα和i_pβ設(shè)計功率側(cè)磁鏈觀測器如下：

定子磁鏈在兩相靜止坐標系下的分量為其中R_p為功率側(cè)定子電阻阻值。

將和進行Clarke反變換，得到電機功率側(cè)三相定子磁鏈和然后利用圖5中磁鏈觀測器的鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)，估計功率側(cè)定子磁鏈的幅值相角θ_p以及頻率ω_p。

由θ_p和θ_r計算控制側(cè)定子磁鏈的角度為θ_c＝θ_p-(P_p+P_c)θ_r。以θ_c為變換角，將控制側(cè)三相定子電流同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的電流分量i_cd、i_cq；利用θ_p為變換角，將功率側(cè)三相定子電壓進行Clarke和Park變換，得到電壓分量u_pd、u_pq。

在功率側(cè)定子磁鏈定向的同步坐標系下，忽略轉(zhuǎn)子電阻的影響，推到出電磁轉(zhuǎn)矩和功率側(cè)無功功率與控制側(cè)定子電流的關(guān)系表達式，分別為：

其中T_e^*為電磁轉(zhuǎn)矩，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，P_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的極對數(shù)，P_c為所述電機控制側(cè)定子繞組的極對數(shù)，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值；

其中Q_p^*為無功功率給定值，L_r為所述電機轉(zhuǎn)子繞組的自感，u_pq為所述電機功率側(cè)定子電壓的q軸分量，L_p為所述電機功率側(cè)定子繞組的自感，為所述電機功率側(cè)定子磁鏈幅值，M_p為所述電機功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感，M_c為所述電機控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的互感；

利用增量式編碼器檢測無刷雙饋感應(yīng)電機的轉(zhuǎn)子速度n_r和轉(zhuǎn)子位置角θ_r。將給定轉(zhuǎn)速n_r^*與實測轉(zhuǎn)速n_r相減，得到的轉(zhuǎn)速偏差經(jīng)過轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器后，輸出得到電磁力矩的參考值T_e^*。

根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩和控制側(cè)定子電流q軸分量的表達關(guān)系式，得到指令電流i_cq^*為：

根據(jù)無功功率和控制側(cè)定子電流d軸分量的函數(shù)關(guān)系式，得到控制側(cè)d軸定子電流分量一i_cd1^*為：

利用兩相靜止坐標系下的功率側(cè)定子電壓和電流信息，計算功率側(cè)無功功率為

將給定無功功率與上式計算值做差，經(jīng)過PI控制器調(diào)節(jié)后，得到控制側(cè)d軸定子電流的補償值為其中K_Qp為無功功率PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，K_QI為無功功率PI調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)，Q_p為所述電機功率側(cè)無功功率實際測的值，Q_p*為所述電機功率側(cè)無功功率給定值；

根據(jù)i_cd1^*和i_cd2^*，得到功率側(cè)d軸定子電流指令為i_cd^*＝i_cd1^*+i_cd2^*。

將控制側(cè)定子電流的dq軸指令與實測dq軸電流分量做差，分別送入dq軸電流PI調(diào)節(jié)器，并將交叉耦合項進行前饋補償，從而得到控制側(cè)繞組的定子電壓指令值為

其中K_dp、K_dI、K_qp、K_qI分別為控制側(cè)定子繞組d軸和q軸電流PI調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)和積分系數(shù)，δ_L＝L_cL_pL_r-M_c²L_p-M_p²L_c。

對dq兩相旋轉(zhuǎn)坐標系下的參考電壓矢量u_cd^*、u_cq^*利用θ_c進行坐標變換后，得到三相靜止坐標系下下的調(diào)制電壓u_ca^*、u_cb^*和u_cc^*，然后采用空間矢量調(diào)制策略或載波調(diào)制策略產(chǎn)生逆變器的開關(guān)驅(qū)動信號，并通過驅(qū)動電路作用于控制側(cè)變換器，完成對無刷雙饋感應(yīng)電機的控制。

圖5為本發(fā)明電機的功率側(cè)定子磁鏈觀測器結(jié)構(gòu)圖。

采用本發(fā)明電機調(diào)速控制方法及系統(tǒng)，進行以下實驗，電機參數(shù)如下：額定功率為30kW；功率側(cè)定子繞組極對數(shù)為1；控制側(cè)定子繞組極對數(shù)為3；功率側(cè)定子電阻為0.403Ω；控制側(cè)定子繞組為0.268Ω；轉(zhuǎn)子電阻為0.785Ω；功率側(cè)定子電感為0.710H；控制側(cè)定子電感為0.0476H；轉(zhuǎn)子電感為0.760H；功率側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組互感為0.706H；控制側(cè)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組互感為0.0462H；電機轉(zhuǎn)動慣量為0.75kg.m2。

圖6為本發(fā)明電機調(diào)速控制方法驗證實驗1的波形圖，給定轉(zhuǎn)速900r/min、給定無功功率為0Var時的實驗波形，可見轉(zhuǎn)速和無功功率均達到理想值，且轉(zhuǎn)速的穩(wěn)態(tài)誤差在±2r/min以內(nèi)，控制側(cè)定子電流基本穩(wěn)定。

圖7為本發(fā)明電機調(diào)速控制方法驗證實驗2的波形圖，轉(zhuǎn)速由650r/min增加到850/min時的實驗波形圖，可見轉(zhuǎn)子速度可以很好地跟蹤給給定值，且上升時間為1.2s，具有良好的動態(tài)性能；在暫態(tài)過程中，控制側(cè)定子電流q軸分量出現(xiàn)短時增加以產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩；因此，利用上述控制策略，無刷雙饋感應(yīng)電機可以從亞同步運行模式平滑地切換到超同步運行模式。

圖8為本發(fā)明電機調(diào)速控制方法驗證實驗3的波形圖，負載轉(zhuǎn)矩從27N.m增加到180N.m時的實驗波形，此時電機轉(zhuǎn)速和無功功率出現(xiàn)暫時波動，但很快達到穩(wěn)定狀態(tài)，控制側(cè)定子電流q軸分量增加以補償負載轉(zhuǎn)矩，且功率側(cè)有功功率增加。

因此，實驗結(jié)果驗證了本發(fā)明公開的無刷雙饋感應(yīng)電機矢量控制方案的可行性和有效性。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。